電主軸是最近幾年在數(shù)控機床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機床主軸與主軸電機融為一體的新技術(shù),它與直線電機技術(shù)、高速刀具技術(shù)一起,將會把高速加工推向一個新時代。電主軸是一套組件,它包括電主軸本身及其附件:電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置等。
一、電主軸所融合的技術(shù)
1、高速軸承技術(shù):電主軸通常采用復(fù)合陶瓷軸承,耐磨耐熱,壽命是傳統(tǒng)軸承的幾倍;有時也采用電磁懸浮軸承,或靜壓軸承,內(nèi)外圈不接觸,理論上壽命無限長。
2、高速電機技術(shù):電主軸是電機與主軸融合在一起的產(chǎn)物,電機的轉(zhuǎn)子即為主軸的旋轉(zhuǎn)部分,理論上可以把電主軸看作一臺高速電機,其關(guān)鍵技術(shù)是高速度下的動平衡。
3、潤滑:電主軸的潤滑一般采用定時定量油氣潤滑;也可以采用脂潤滑,但相應(yīng)的速度要打折扣。
4、所謂定時,就是每隔一定的時間間隔注一次油,所謂定量,就是通過一個叫做定量閥的器件,精確地控制每次潤滑油的注油量。
5、而油氣潤滑,指的是潤滑油在壓縮空氣的攜帶下,被吹入陶瓷軸承。油量控制很重要,太少,起不到潤滑作用;太多,在軸承高速旋轉(zhuǎn)時會因油的阻力而發(fā)熱。
6、冷卻裝置:為了盡快給高速運行的電主軸散熱,通常對電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑,冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。
7、內(nèi)置脈沖編碼器:為了實現(xiàn)自動換刀以及剛性攻絲,電主軸內(nèi)置一脈沖編碼器,以實現(xiàn)準確的相位控制以及與進給的配合。
8、自動換刀裝置:為了適用于加工中心,電主軸配備了能進行自動換刀的裝置,包括碟形簧、拉刀油缸。
9、高速刀具的裝卡方式:廣為熟悉的BT、ISO刀具,已被實踐證明不適合于高速加工。這種情況下出現(xiàn)了HSK、SKI等高速刀柄。
10、高頻變頻裝置:要實現(xiàn)電主軸每分鐘幾萬甚至十幾萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速,必須用高頻變頻裝置來驅(qū)動電主軸的內(nèi)置高速電機,變頻器的輸出頻率甚至需要達到幾千Hz。
二、高速加工技術(shù)
高速加工技術(shù)(HSC)能使我們以盡量短的時間加工出質(zhì)量合格的零件,提高一個企業(yè)的市場反應(yīng)能力。下面幾個行業(yè)極大推動了高速加工技術(shù)的發(fā)展。首先是電子行業(yè),例如計算機、移動通訊、CD播放機、隨身聽等,這些大批量產(chǎn)品在市場上競爭激烈,生產(chǎn)商必須不斷推出新產(chǎn)品,而且所要求的更新?lián)Q代時間也越來越短。因此快速模具制造就變得載來越重要,模具制造商就用HSC技術(shù)來更快地加工紫銅或石墨電極,大大提高了交貨的周期。同時高速切削在另兩個領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用,那就是航空與高速機車行業(yè)。飛機的骨架與機翼、高速機車的車廂骨架都需要切除大量的金屬,從毛坯開始的切除量甚至達到90%,漫長的加工時間使經(jīng)營者難以忍受,所以這兩個行業(yè)欣然接受了高速切削這項新技術(shù),使得加工時間縮短到了原來的幾分之一。
高速加工的幾個優(yōu)勢:
1) 加工時間大幅度縮短,只有原來的約1/4,這意味著一臺HSC高速機床可以代替4臺普通CNC機床;
2) 加工表面質(zhì)量很高,不用再進行比如打磨等表面處理工序;
3) 零件重復(fù)性好,這很利于模具行業(yè)電極的制造;
4) 零件變形小,基本不產(chǎn)生熱量,可以加工很薄的零件;
5) 高速機床的投資可以很快收回,可以縮短交貨期,減小車間占地面積,減少工人數(shù)量。
高速加工采用小直徑刀具、小切深、小切寬、快速多次走刀來提高效率,而傳統(tǒng)的加工一般采用大直徑刀具、大切深、大切寬;高速加工的切削力大幅度減小,需要的主軸扭矩相應(yīng)減小。高速加工不僅僅用于加工一些比較軟的材料如鋁、銅、塑料等,現(xiàn)在已經(jīng)可以用于加工硬度在60HRC以上的淬硬鋼,這要歸功于刀具商開發(fā)出了像TiA1N這樣的新的刀具涂層,以及像CBN這樣的新的刀具材料,目前加工淬硬鋼的線速度也達到了500m/min,使鋼材料的加工也開始采用高速切削。模具制造商因此也越來越多地采用高速加工技術(shù)來加工三維的鋼零件。